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激光加工在模具行业的应用
【 来源:原创 】 【 发布时间:2017-07-18 】 【 字体:
模具的激光修复可采取的办法重要有两种:


1) 激光熔覆模具修复


应用激光熔覆的办法实现对模具的修复。 ②用快速成形件作母模浇注硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等材料制造软模具。经过成长,金属薄板LOM技巧已逐渐应用于诸如汽车等年夜型表里饰件模具及具有复杂流道注塑模的制造。激光合金化经过过程调节激光输出功率使涂覆材料与部门基体一路熔化并产生合金化过程;而激光熔覆是涂覆层在激光感化下与基体外面经过过程融合灵敏结合再一路,它与激光合金化的重要差别在于经激光感化后涂层的化学成分根本不变更,基体的成分根本上不进入涂层内。 ①横流激光器:横流激光器的光束质量不太好,为多模输出,重要用于热处理和焊接。个中,固体激光器以Nd:YAG激光器为代表;而气体激光器则以CO2激光器为代表。随着激光技巧的成长,今朝人们也开端在某些加工应用处合应用年夜功率光纤激光器和年夜功率半导体激光器。但上述办法形成的三维工件都不克不及直接作为模具应用,须要进行后续的处理,所以称之为激光间接成模工艺。
激光多层(或称三维/立体)熔覆直接快速成形技巧是在快速原型技巧的基本上结合同步送料激光熔覆技巧所成长起来的一项高新制造技巧,其本质是计算机控制下的三维激光熔覆。


用上述激光间接成模工艺制造模具,既避开了复杂的机械切削加工,又可以包管模具的精度,还可以年夜年夜缩短制模时光、节俭制模用度,对于形状复杂的精度模具,其优点尤为突出。此办法一般采取年夜功率CO2激光器作为热源,实用于体积较年夜、磨损面积较年夜的模具修复,以及象钢铁轧辊一类的年夜型工件的修复。激光相变硬化的优点为硬度较惯例淬火高、变形小、可实现外面薄层和局部淬火,不影响基材的机械性能等。模具应用寿命取决于抗磨损和抗机械毁伤才能,一旦磨损过度或机械毁伤,须经修复才能恢复应用。激光多层熔覆成长出了多种办法,个中最具代表性的是美国Sandia国度实验室(Sandia National Laboratories)研发的称作激光工程化净成形技巧(Laser Engineered Net Shaping,简称LENS)的金属件快速成形技巧。 ③用快速成形件翻制硬模具。由于激光淬火时冷却速度远远跨越惯例淬火冷却速度,从而可以获得极细的马氏体组织。本文起首先容了产业加工激光器,然后在模具激光制造、模具外面激光强化和替换、模具激光修复、模具激光清洗等几个方面进行了先容和分析。


2) CO2激光器


CO2激光器的激光工作物质为CO2搅浑气体,其重要应用的激光波长为10.6μm。随着产业激光器价格的赓续降低和产业激光加工技巧的日益成熟,给模具制造和产品临盆工艺带来了重年夜变革。 Rofin-Sinar企业制造的 StarWeld焊接机是比较具有代表性的此类设备,激光焊接机价格受哪些因素的影响呢?

。对形状复杂的模具,最幻想的外面处理方法是用激光进行,它几乎不变形,外面硬度比惯例处理方法的硬度高,并且更耐磨,应用寿命更长。
选择性激光熔化(SLM)技巧和激光工程化净成形(LENS)技巧由于成形件致密性好,且具有冶金结合组织及精度高,制成的模具寿命长的特点,已获得了产业界和学术界的广泛看重,在国外已推出了多种设备样机,有的甚至开端商品化了;而海内今朝的研究和应用还处于起步阶段。由于该种激光器的激光转换效力较低,同时受到YAG棒体积和导热率的限制,其激光输出均匀功率不高。由于激光熔覆的快速凝固特点,所制造出的金属零件具有均匀精密的枝晶组织和优良的质量,其密度和性能与惯例金属零件相称。 1986年美国3D Systems企业推出了商品化样机SLA-1。用高功率CO2激光束以恒定功率与金属粉流同时入射到模具外面上,金属熔化产生熔池,然后快速凝固形成冶金结合的覆层。而在传统制造体系中,须要年夜量的模具设计、制造和调试等工作,光纤激光焊接机是将高能激光束耦合进入光纤,远间隔传输后,通过准直镜准直为平行光,再聚焦于工件上实施焊接的一种激光焊接设备。为此,恳求不只能根据市场的恳求尽快设计出新产品,并且能在尽可能短的时光内制造出原型,从而进行性能测试和修改,终极形成定型产品。


1) 激光相变硬化


激光相变硬化又称激光淬火。采取该办法已成功制造了不锈钢,马氏体时效钢,镍基高温合金,对象钢,钛合金,磁性材料以及镍铝金属间化合物工件,零件致密度达到近乎100%。 SLS制造的工件经渗铜后,作为金属模具应用。一种是直接用LOM制造纸基模具,经外面金属电弧喷镀和抛光后研成金属模;另一种是金属面硬背衬模具。重要的处理办法有:①快速成形工件处理后用作模具。 LOM工艺的特点是合适制造年夜型工件,其精度达到0.1mm。


2) 激光冲击强化


激光冲击强化是高功率密度、短脉冲的激光束与物质互相感化产生的强冲击波来改变材料外面物理及机械性能的技巧。 SLA工艺的最高加工精度能达到0.05mm。但由于Nd:YAG激光器可以经过过程Q开关紧缩激光输出的脉冲宽度,在以脉冲方法工作时可获得很高的峰值功率(108W),实用于须要岑岭值功率的激光加工应用;其另一年夜优点是可以经过过程光纤传输,避免了复杂传输光路的设计制造,在三维加工中异常有效。
模具激光制造


1) 激光间接成模工艺


① 立体光造形(Stereo Lithography Apparatus,简称SLA)工艺是应用紫外激光束逐层扫描光固化胶的办法形成三维实体工件的。激光束使焊丝和工件的外面同时熔化,所需沉积物的高度是经过过程多层焊接的办法来达到的;焊接完毕,模具部件再加工成终极尺寸。随着新技巧新工艺的成长,有良多传统的处理方法已不太实用。日本中川威雄研究室早在80年代就应用金属薄板 LOM技巧实现了金属模具的分层快速制造。


1) Nd:YAG激光器


Nd:YAG 激光器的激光工作物质为固态的Nd:YAG棒,其激光波长为1.06μm。此外,还可以经过过程三倍频技巧将激光波长转换为355nm(紫外),在激光立体造形技巧中获得应用。在激光冲击过程中,由于激光引诱产生的冲击波峰值应力年夜于材料的动态屈从应力,从而使材料产生密集、均匀以及不乱的位错构造,使金属外面产生塑性变形,并形成较深残存压应力,从而提高金属零件的强度、耐磨性、耐腐化性和疲劳寿命。


武汉博莱科技成长有限企业研制了一种旋流CO2激光器,如图1所示,以新型的扭转气体活动方法,使旋流CO2激光器同时具有了轴流CO2激光器光束质量好和横流CO2激光器造价低、体积小的优点。上述硬模具可用于砂型铸造、消掉模的压型制造、注塑模以及简略单纯非钢质拉伸模。尽管海内激光器厂商在国外轴流激光器上做了良多工作,但由于重要配件还需入口,产品价格难以年夜幅度降低,普及率低。而应用激光进行模具维修,由于激光束的高能量密度所产生的近似绝热的快速加热,对基体的热影响较小,引起的畸变可以忽视。


产业加工激光器


今朝,用于激光加工的产业激光器重要有两年夜类:固体激光器和蔼体激光器。,本钱高,周期长,已不克不及适应日新月异的市场变更。 LOM制造的纸模经外面处理直接代替砂型铸造木模;或者用LOM制造的纸模具经外面处理直接用作低熔点合金铸模、注塑模;或掉蜡铸造中蜡模的成形模。 ②轴流激光器:轴流激光器的光束质量较好,为基模或准基模输出,重要用于激光切割和焊接,我国激光切割设备市场重要由国外轴流激光器所占领。 SLM的特点为:(1)应用高功率密度,小光斑的激光束加工金属,使得金属零件具有0.1毫米的尺寸精度;(2)熔化金属制造出来的零件具有冶金结合的实体,相对密度几乎能达到100%,年夜年夜改良了金属零件的性能; (3)由于激光光斑直径很小,是以能以较低的功率熔化高熔点的金属,使得用单一成分的金属粉末来制造零件成为可能。


别的,还有一种基于激光精细切割的金属零件分层制造技巧(LOM),具有可快速、低本钱制造年夜型、复杂形状的模具的特点。由于该种激光器的激光转换效力较高,激光焊接机,又常称为激光焊机、镭射焊机,是激光材料加工用的机器,按其工作方式分为激光模具烧焊机、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机,,同时激光器工作产生的热量可以经过过程对流或扩散灵敏传递到激光增益区之外,其激光输出均匀功率可以做到很高的程度(万瓦以上),满意年夜功率激光加工的恳求。为了提高研发和临盆速度,快速而精确地制造出高质量、低本钱的模具和产品,能对市场变更做出灵敏响应,人们作了年夜量的研究和试探工作。此办法实用于体积较小的周详模具。今朝常采取的维修技巧有电镀、堆焊和热喷涂等。


模具外面激光改性


模具外面处理一向是机械加工范畴中所看重的题目。


2) 激光沉积焊接模具修复


激光沉积焊接模具修复采取中小功率脉冲Nd:YAG激光器,模具的缺点用激光束和丝状填充材料来弥补。该种产业加工激光器的推广应用,将对我国激光加工家当的成长和普及起到积极的促进感化。


2) 激光直接成模工艺


选择性激光熔化(Selective Laser Melting,简称SLM)技巧是在选择性激光烧结(SLS)技巧的基本上成长起来的。 ②薄层叠片制造(Laminated Object Manufacturing,简称LOM)工艺采取薄片材料,激光焊接机如纸、塑料薄膜等,由美国Helisys企业于1986年研制成功。


3) 激光合金化和激光熔覆


激光合金化和激光熔覆是将一层与模具基体成分分歧而具有必然性能的材料涂覆在模具基体,同时用高能激光束照射涂覆区域。电镀层较薄,并且与基体结合差,形状破坏部位难于修复;在堆焊、喷涂时,热量注入年夜,模具热影响区年夜。其重要优点为:冲击压力高,强化深度达到传统的喷丸强化深度4~8倍;可以或许加工传统工艺不克不及处理的部位,如小槽、小孔以及轮廓线之类;激光冲击强化后的金属外面不产生畸变和机械毁伤,无热应力毁伤,不会引起相变等。经过过程反复CO2激光器切割和材料粘贴,获得分层制造的实体工件。


模具激光修复


模具的掉效事实上均因其表层局部材料磨损等原因而报废,并且金属模具的加工周期长、加工用度高。

 



随着科学技巧的成长和社会需求的多样化,产品的竞争越来越激烈,更新换代的周期也越来越短。图3为美国Sandia国度实验室以LENS技巧制造的金属模具。然则,今朝还存在着模具寿命相对较短的缺点,所以上述激光间接成形模具较合适于小批量临盆。


国表里用于激光加工的年夜功率CO2激光器,主假如横流、轴流激光器。基于快速凝固新材料合成与制备的激光外面合金化及激光熔覆外面改性新技巧,是提高模具材料在高温下耐磨耐蚀等高温性能的最有效办法之一。


上述三种激光快速成形技巧由于成长时光长,激光焊接机技巧相比较较成熟,在国表里都获得了较为广泛的应用。 ③选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)工艺是应用粉末状材料成形的,由美国德克萨斯年夜学奥斯汀分校的于1989年研制成功,经过过程用高强度的CO2激光器逐层有选择地扫描烧结材料粉末而形成三维工件,SLS工艺最年夜的优点在于选材较为广泛。我国今朝已能临盆各类年夜功率横流CO2激光器系列,可满意了海内激光热处理和焊接的需求。图2所示为德国EOS GmbH企业应用选择性激光熔化(SLM)工艺制造的全金属零件。

激光加工在模具行业的应用

添加时间:2017-07-18  浏览次数:5



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